Question

（2008?廣東）科學家一直致力于研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法．曾有實驗報道：在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑（摻有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面與水發生反應，生成的主要產物為NH₃．進一步研究NH₃生成量與溫度的關系，部分實驗數據見表（光照、N₂壓力1.0×10⁵Pa、反應時間3h）：

T/K	303	313	323	353
NH3生成量/（10-6mol）	4.8	5.9	6.0	2.0

相應的熱化學方程式如下：N₂（g）+3H₂O（1）═2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）△H₁=+765.2kJ?mol^-1
回答下列問題：
（1）請在答題卡的坐標圖中，畫出上述反應在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應過程中體系能量變化示意圖，并進行必要標注．
（2）與目前廣泛使用的工業合成氨方法相比，該方法中固氮反應速率慢．請提出可提高其反應速率且增大NH₃生成量的建議：

適當增大壓強、研究新催化劑

．
（3）工業合成氨的反應為N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）．設在容積為2.0L的密閉容器中充入0.60mol N₂（g）和1.60molH₂（g），反應在一定條件下達到平衡時，NH₃的物質的量分數（NH₃的物質的量與反應體系中總的物質的量之比）為

4

7

．計算
①該條件下N₂的平衡轉化率；
②該條件下反應2NH₃（g）N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數．

Answer 1

分析：（1）催化劑是通過降低反應的活化能來加快化學反應速率的；
（2）根據影響化學反應速率的因素來回答；
（3）利用化學平衡“三行計算”來分析計算．

解答：解：（1）催化劑是通過降低反應的活化能來加快化學反應速率的，使用催化劑后，活化能降低，故答案為：；
（2）根據影響反應速率的因素：溫度、濃度、壓強、催化劑等外界因素，結合目前廣泛使用的工業合成氨方法，可以采用增大壓強的方法，此外還可以尋找高效的催化劑，
故答案為：適當增大壓強、研究新催化劑；
（3）①設平衡時有x molN₂轉化      N₂（g）+3H₂（g）） 2NH₃（g）
                   起始物質的量：0.6mol        1.6mol               0
                  變化的物質的量：x              3x               2x
                   平衡物質的量：（0.6-x）mol  （1.6-3x）mol      2x mol
則有：

2xmol

(2.2-2x)mol

=

4

7

    解得：x=0.4（mol） 
故N₂的平衡轉化率：

0.4mol

0.6mol

=

2

3

②由①可知，N₂、H₂、NH₃平衡時的物質的量分別為：0.2mol、0.4mol、0.8mol，
在2.0L容器中濃度分別為：0.1mol/L、0.2mol/L、0.4mol/L，
K=

c(N2)?c3(H2)

c2(NH3)

=

0.1mol/L×(0.2mol/L)3

(0.4mol/L)2

=5.0×10^-3mol²/L²，
答：該條件下N₂的平衡轉化率為

2

3

；該條件下反應2NH₃（g）N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數為5.0×10^-3mol²/L²．

點評：本題考查學生化學平衡和化學反應速率的有關知識，綜合性較強，難度較大．